Quarta20122

Quarta lista de exercícios (2012/2)
Trabalho, energia, calor
(Consulte as seções 3.4-3.7 e as seções 4.1-4.4 do Durán ou o capítulo 4 do Newman)
1) Uma pulga com 0,50 g de massa salta 10 cm, sendo que 50% de sua energia inicial é dissipada no atrito
com o ar. As suas patas traseiras a aceleraram, a partir do repouso até uma velocidade v0, durante 2,0 ms.
Qual o valor de v0? Nesses primeiro 2,0 ms qual a sua aceleração média, qual a força média e qual a
distância percorrida?
2) Uma pessoa com 70 kg está sobre um trenó de 30 kg. O conjunto pessoa-trenó é puxado por um cavalo
com força horizontal de módulo 220 N. O atrito com o chão tem um coeficiente cinético 0,20 e estático de
0,25. Se o conjunto se desloca com velocidade constante de 10,0 km/h. quais os valores do peso do
conjunto, da força normal que o solo exerce no trenó,da força de atrito do trenó com o solo e da força de
atrito do conjunto com o ar? Qual o trabalho que o cavalo realiza durante uma hora?
3) Um objeto de massa m=1kg cai do terraço de um prédio de altura h=400m, tendo velocidade inicial nula. Qual o trabalho realizado pela força gravitacional? Se desprezarmos o atrito com o ar qual a velocidade
com que o objeto atinge o chão?
4) Numa situação de baixa atividade muscular 200g de sangue são ejetados do coração com velocidade 30
cm/s, enquanto numa situação de alta atividade 200 g são ejetados com velocidade de 60 cm/s. Calcule,
em ambos os casos, qual a energia cinética que esta massa adquire e qual o trabalho realizado pelo
coração.
5) Em pássaros em média (a) a oxidação de 1 g de gordura produz 40x103J de energia e (b) a eficiência
muscular é 25%. Se um beija-flor voa durante 5 minutos com uma potência muscular (potência é a
energia/tempo, que também é ao produto forçaxvelocidade) igual a 0,7 W que quantidade de gordura terá
sido consumida?Se um periquito voa a 5,5 m/s e sua potência muscular é 3,66 W, que distância percorrerá
quando consumir 60 mg de gordura? Qual a potência muscular de uma gaivota que consumiu 113 mg de
gordura para ficar pairando no ar durante 1 minuto?
6) Uma pessoa produz 90 W de calor enquanto dorme, consumindo 0,1 mg de oxigênio para cada Joule
gerado. A densidade de oxigênio no ar é de 0,26 kg por m3 de ar. Quatro pessoas dormem durante 8 horas
num quarto inteiramente fechado de dimensões 4,0 m, 4,0 m e 3,0 m. Elas consumirão todo o oxigênio?
Se não, que porcentagem consumirão?
7) Uma pessoa de 60 kg, partindo de um acampamento a 6000 m de altitude escala uma montanha de 8000
m (a altitude é convencionalmente medida em relação ao nível do mar). Considere que a pessoa está
convenientemente vestida ou seja ela gasta energia apenas pelo esforço muscular de subir a montanha, não
para se manter aquecida. Se a eficiência de seu organismo é 25% qual a energia alimentícia que terá gasto
(em Joules e em kilocalorias)? A kilocaloria é também chamada caloria alimentar e vale 4184 J, ou 1000
calorias.
8) A interação de uma única proteína de miosina com um filamento de actina num músculo humano gera
um deslocamento de 10 nm com uma força média de 1,0 pN. Isto é acompanhado pela destruição de uma
molécula de ATP que libera 4,9x10-20J. Quanto trabalho é feito pelo filamento e que fração representa da
energia liberada pelo ATP?
9) Estime a velocidade para um objeto na superfície da Terra poder escapar para o espaço. (Essa
velocidade é chamada de velocidade de escape da Terra.) Faça agora o mesmo cálculo para a Lua, que tem
raio 1740 km e massa 7,4x1022 kg. Sabendo que a energia cinética média de uma molécula é dada por
3kT/2, onde T é a temperatura em Kelvin e k é uma constante chamada constante de Boltzmann (k=
1,38x10-23 J/K), e supondo que a temperatura da superfície da Lua e da Terra é na média 300 K, qual será
a velocidade de moléculas de H2O e de O2 nos dois casos? Compare essas velocidades com as velocidades
de escape respectivas.
10) Escreva a primeira e a segunda leis da Termodinâmica.
11) Descreva os processos pelos quais um ser vivo ganha ou perde calor para o meio ambiente.
12) Um peixe morto, com massa 1,0 kg e temperatura inicial 25°C, foi colocado numa caixa junto com 500
gramas de gêlo inicialmente na temperatura de -25°C. Supondo que o isolamento térmico da caixa é perfeito
e que o calor específico do peixe é 3,5kJ kg-1 K-1, qual a temperatura final do peixe? (Sugestão: Há três
valores possíveis para a temperatura final (a) maior que zero, quando todo o gelo derreteu, (b) igual a zero,
quando parte do gelo derreteu ou (c) menor que zero, quando o gelo não derreteu nada. Só um dos casos é
verdadeiro! Você precisa testá-los um a um, até chegar no que não é absurdo, este é o verdadeiro.)
13) Uma pessoa de massa 70 kg e área 1,8 m2 tem a temperatura externa (roupas e pele) igual a 32°C e está
colocada dentro de uma sala fechada (temperatura das paredes = 20°C). A emissividade da pele é 0,97. Qual
a taxa de perda de calor por radiação (em °C/minuto)?
14) Um corredor com 70 Kg de massa demorou 3 horas para correr a maratona, durante as quais o seu corpo
produziu 600 watts de potência térmica. Supondo que ele suou 1 litro de água durante a prova e que toda ela
se evaporou, quantas calorias foram dissipadas por este processo de transpiração?
15) Um nadador está numa água a 7oC. Se a espessura média de seu tecido adiposo for 2 cm e a temperatura
interna de seu corpo for 37oC, qual será o calor perdido por tempo e por unidade de área (W/m2)?
16) O Sol tem raio médio 6,96x108m e sua superfície tem temperatura de 6000 K e emissividade 1,0. Qual a
potência que o Sol emite?
17) problema 5.12 do Duran.
18) problema 5.16 do Duran.
19) problema 5.23 do Duran.
20) problema 5.30 do Duran.
Dados: g (Terra)=9,81m/s2; raio da Terra RT=6,38x106m; G= 6,67x10-11 Nm2kg-2, calor específico do gelo=
2,11x103J kg-1 K-1; calor específico da água líquida= 4,19x103J kg-1 K-1; calor latente de fusão do gelo=
0,333x106J kg-1; calor latente de evaporação da água= 2,26x106J kg-1; T(K)=T(°C)+273,15; condutividade
térmica do tecido adiposo = 0,21 Wm-1K-1; constante de Stefan-Boltzmann σ= 5,67x10-8Wm-2K-4.